1、高砾石土心墙坝心墙料加工技术屈庆余 （中国葛洲坝集团股份有限公司技术中心，湖北 宜昌 443002）摘要： 砾石土心墙堆石坝已逐渐成为世界高坝建设的主流坝型之一，砾石土心墙料加工是大坝施工的关键环节之一。本文从砾石土的筛分、级配骨料的加工、心墙料的掺合三个环节介绍了高砾石土心墙坝心墙料加工技术，对于高砾石土心墙坝施工具有 较强的实践性和指导意义。关键词：高砾石土心墙坝、心墙 料、加工1 前言在土石坝的各种坝型中,砾石土心墙堆石坝已逐渐成为世界高坝建设的主流坝型之一。据资料统计，国外 100 米以上高土石坝中，宽级配砾石土作防渗体的土石坝约占总数的 70%。目前世界上高于 200 米的土石坝几乎
2、无一例外采用宽级配砾石土作防渗料。砾石土作为堆石坝防渗体的优点是：防渗体具备强度高、密度大、压缩性低的特点，可缩小防渗体与坝壳料的变形差，有效降低坝壳对心墙的拱效应，减少心墙裂缝的发生概率；在防渗体开裂时，可限制裂缝的展开，改善裂缝形态，减弱沿裂缝的渗流冲蚀；便于施工，可采用重型施工机械进行运输和碾压，多雨地区施工较粘土料容易。砾石土心墙施工过程中，由于料场开采的砾石土级配一般无法直接满足心墙料填筑的需要，需经过筛分并掺合级配骨料形成满足级配要求的心墙料，心墙料加工的关键环节是砾石土的筛分、级配骨料的加工、砾石土与级配骨料的掺合三个环节。本文结合双江口电站及瀑布沟电站相关资料，详细介绍心墙料的
3、加工技术2 砾石土心墙料设计一般要求2.1 心墙料的材质要求渗透系数不大于 110-5cm/s，水溶岩含量不大于 3%，有机质含量不大于 2%，有 较好的塑性和和渗透稳定性；浸水 时与失水时体积变化小。2.2 砾石土心墙料级配要求用于心墙料的砾石土，粒径大于 5mm 的颗粒含量不宜超过 50%，最大粒径不宜大于 150mm 或铺土厚度的 2/3，0.075mm 以下的颗粒不应小于 15%。填筑时不得发生粗料集中架空 现象，人工掺合砾石土中各种材料的掺合比例应根据土料的情况经试验论证。3. 砾石土心墙料加工料场开采的砾石土一般需经过砾石土筛分并按设计要求掺合级配骨料形成满足级配要求的心墙料，心墙
4、料加工的关键环节是砾石土的筛分、级配骨料的加工、 砾石土与级配骨料的掺合三个环节。3.1 砾石土的筛分天然开采的砾石土一般存在含有超径石或含石量不能满足设计要求等情况，首先应筛除超径石和多余的含石量。3.1.1 砾石土筛分工艺流程砾石土筛分工艺流程如下：自卸汽车运输 条筛（筛除超径石）振动筛（筛除多余含石量） 皮带机 料堆。3.1.2 筛分系统设备确定根据砾石土粒度、湿度、最大月填筑强度、最优的投资性价比通过现场试验和计算确定筛分设备。1）条筛砾石土筛分国内不常见，条筛是砾石土的初筛设备，其作用为筛除砾石土中的大块石，减少块石对下部振动筛的冲击，条筛一般由轻型钢轨制作，筛 条的间距和倾角，决定
5、了弃料率的大小及初筛后物料粒径的大小，初筛 后物料粒径的大小对振动筛的选取会有直接的影响。合适的粒径会降低振动筛的规格而减少制造成本。料场的取料，随挖掘深度的不同有不同的含水量，含水量的不同也对土的筛分产生影响。综合考虑多种因素，进行筛分试验，根据试验结果，最终确定筛条间距和条筛布置倾角（瀑布沟工程筛条间距为满足砾石土砾料径 300mm 的过筛要求，过筛倾角为 3035）。条筛的数量应根据单条条筛的处理能力、筛分设计处理强度等综合计算确定。2） 砾石土专用振动筛振动筛为砾石土料的二级筛分设备，振动筛工作原理是靠激振器使筛面产生高频率低振幅的振动来进行物料筛选。由于筛面作剧烈的振动， 筛面上的物
6、料 颗粒发生相对位移，料层有离析现象，并且松散，同时颗粒与筛面之间也存在相对运动，颗粒不致卡住筛孔，物料通过筛孔机会增多，筛分效率和生产率高。根据系统要求的生产率及物料粒径，经过反复试验确定网格的间距及外形尺寸。3.2 级配骨料的加工级配骨料的设计要求：掺入骨料的级配是根据砾石土本身的级配情况通过碾压试验确定的，以满足大坝的强度、变形性能要求。级配骨料来源一般为：混凝土级配骨料（净料掺合），改造混凝土砂石系统生产混合料，新建砂石系统生产混合料。3.2.1 混凝土级配骨料（净料掺合）直接在已有砂石系统购买净料，按设计要求的比例掺合形成级配骨料。3.2.2 改造混凝土砂石系统生产混合料1）工艺改造
7、利用工程已建的用于生产混凝土骨料的砂石系统，进行简单改造后，既能生产混凝土骨料分级净料，又能生产砾石土心墙所需的混合料。在常用的混凝土砂石系统工艺基础上，通过调节排料口角度和尺寸，增设分流岔管和限流板，在筛分系统上加一层 5mm 筛网等措施一次加工满足级配要求的级配骨料。其工艺流程见图 3-1。图 3-1 骨料加工系统工艺流程图2）加工过程组合参数的调整（结合双江口资料说明调整过程）双江口心墙掺入骨料的级配要求：根据现场土料碾压试验的数据成果，设计 确定掺入料方案:级配中最大粒径 100mm，上包线5mm 含量不大于 15%，0. 075mm 细粒含量不大于 3%，不均匀系数 Cu 不大于 1
8、8.8，曲率系数不大于 2.52；平均线5mm 含量不大于5%，0.075mm 细粒含量不大于 1%，不均匀系数 Cu 不大于 5.4，曲率系数不大于 1.15；下包线5mm 含量为 0，不均匀系数 Cu 不大于 4.0，曲率系数不大于 0.91。砂石骨料加工生产过程中，通过调整排料口宽度使生产的料满足级配要求，不同工艺流程参数组合见表 3-1。表3-1 砂石筛分系统主要技术参数表（双江口资料）排料口宽度设备名称 型号 数量 给料口宽度排料口范围 组合1 组合2 组合3 组合4颚式破碎机 PE-900*1200 1 900*1200 120300 150 150 150 150立轴式破碎机 R
9、OR-6000特 1 45 09.5 09.5 / / /受料系统进料口 900*1200mm小于 720mm粗碎系统预筛分系统半成品料场二级粗碎系统中碎系统小于 150mm 小于 80mm大于 100mm细碎系统加5mm隔筛主筛分系统级 配 碎 石混 合 料 场 成品砂分流小于 100mm 小于 30mm颚式破碎机 PEX-250*1000 1 210 2560 40 42 40 40颚式破碎机 PEX-250*1000 1 210 2560 40 34 28 40圆振动筛 2YK-1854 1 / / 78 78 78 78弹簧圆锥破碎机 PYZ-1200II 1 115 830 30 2
10、6 25 20排料口 宽度组合 1 工艺流程：在破碎系统原开口参数不变情况下,用反铲将洞碴料匀速装入受料系统,洞碴料经受料系统进入一级粗碎后,再由皮带 JD01 运至一级筛分系 统,将粒料分为两部分,大于100mm 的粒料分流至 JD03 皮带上,运至二 级粗碎系统,加工成小于40mm 粒料,经皮带 JD02 运回 JD1 上,经 一级筛分系统到皮带 JD04 上; 小于 100mm 的粒料直接由皮 带 JD04 运至成品料地弄,成品料堆预先堆放部分粒料(备细料加工用) 的混合料经 JD04 运至二次筛分系统,系统不筛分直接将粒料转至皮带 JD05 上,粒料 经中碎系统加工成小于30mm 的粒
11、径 ,再经皮 带 JD06 运至细碎系统( 制砂机), 粒料经细碎系统通过溜槽进入皮带 JD04 上,与一级筛分系 统生产的混合料一起进入成品料地弄。该组合生产的混合料含砂量较高。排料口 宽度组合 2 工艺流程组合 1 工艺流程生产的成品料砂含量较高,将筛分破碎系统的开口参数调整为组合 2,前部工序不变,在粒料经过中碎后,不经细碎系统直接进入到皮带 JD04 上,可减少混合料中砂含量 ,增加其它粒径在混合料中的比例。排料口 宽度组合 3 工艺流程根据组合 2 的试验成果 ,大于 20mm 粒径过多,将筛分破碎系统开口参数调整为组合 3,其它工序与组合 2 参数相同。排料口 宽度组合 4 工艺流
12、程组合 3 的 试验成果 ,混合料级配较组合 2 参数下均有不同程度的改变,但混合料级配仍然不满足设计要求。将破碎筛分系统的开口参数调整为组合 4,并且将二次筛分系统的工艺进行改进,在二次筛分系统的 40mm 筛网上增加一道同样面积的 5mm 筛,剔除混合料中的人工砂由 JD08 至成品砂堆;二级筛分系统 5mm 以上混合料经出料溜槽上的分流槽分出来大约三分之一的粒料到皮带 JD05 上,进入中碎系统,分流量由分流插板控制,其余三分之二的粒料由皮带 JD07 进入成品料仓,其它工序与组合 2 相同。反铲给料过程中，应 注意反铲的给料速度，确保洞渣料连续均匀地进入受料系统，该掺入料组合方案生产的
13、级配骨料满足设计要求。通过以上排料口宽度调整组合，可以生产不同级配要求的混合料，通过级配试验与掺入料设计级配对比，最终确定实际生产的排料口宽度，一次生产出满足掺入料级配要求的混合料。3.2.3 新建砂石系统生产混合料如工程没有可以利用的混凝土人工骨料加工系统，则需新建砂石系统，新建系 统直接生产混合料。系统工艺可参考上述的改造过的砂石系统工艺， 筛分系统可简化成只设一级 5mm 筛网，筛除小于 5mm的细料。4.心墙料掺和将经过筛分的砾石土料和级配骨料，按照设计的级配要求进行掺配，生产合格的心 墙料。心墙料的掺合主要有平铺立采掺和、强制搅拌连续生产掺合、皮带机掺和方法。4.1 平铺立采掺和1）
14、平铺立采工艺流程见图 4-1。（分层铺筑） 图 4-1 平铺立采掺和工艺流程图2）平铺立采掺和的主要操作要点(1)将砾 石土和符合 级配要求的级配骨料运至掺合场，按砾石土与级配骨料设计比例（重量比）掺合而成，根据现场试验确定互层铺料的厚度（厚度一般控制在 50cm110cm 之间）。(2)铺料 顺序 :第 1 层铺级 配骨料,第 2 层铺筛分土料,第 3 层铺级配骨料,第 4 层铺筛分土料，如此相间铺料三互层。(3)掺砾 石料采用 进占法卸料,推土机及时平料，土料采用后退法卸料,推土机平料，铺料过程中,配置装载机并人工剔除砾石土中的超径石。土料开采 砾石混合料生产掺和场推土机找平正铲挖掘机掺和
15、填筑作业面(4)各铺 料层 面略向外倾斜,坡度为 1%2%, 以利于降雨时排除表面积水。(5)料场铺 料完成后 ,用正铲混合掺拌均匀。掺拌方法为: 正铲从底部自下而上装料,斗举到空中把料自然抛落,重复做 3 次。 3）优缺点优点：掺和较均匀，掺和比例容易控制，能满足设计要求，掺合方法使用较普遍。缺点： 需要较大的掺和场地，需提前备料，砾石土对于与不同粒级净料的掺合控制难度较大，宜首先将净料掺合为满足要求的级配骨料再和砾石土掺合。4.2 强制搅拌连续生产心墙料强制搅拌连续生产心墙料是借鉴稳定土厂拌设备的工艺，通过对原稳定土搅拌机加装动态精密皮带秤、设定各皮带下料速率、下料斗开启控制的技术改进，使
16、强制连续式拌和工艺成功实现级配骨料与砾石土的按比例掺合。优点:具有配料精准、实时计量加水、简化工序、节约成料时间，对于净料可以按比例直接掺合，且设备占地面积较小，适于在高山峡谷施工用地紧缺的工程中应用。缺点：对于拌和过程中需实时加水的砾石土，水分不能在拌和过程中掺合均匀，砾石土拌和系统为专用设备，需厂家定制。4.3 带式输送机掺合法将拟掺和的砾石土和级配骨料堆成料堆,料堆下的廊道里安装有带式输送机。按照要求的配合比控制不同料堆漏斗闸门的开度,使各种材料卸到带式输送机上进行初步掺和。掺和料运至储料堆,在卸料过程中再次掺和成较均匀的掺和料，装载机在土料堆场装料时先来回翻两遍进一步混和，然后装车运输
17、上坝。优点:掺合较均匀，能满足设计要求。缺点：工艺较复杂。5 结语本文从心墙料的筛分、级配骨料的加工、心墙料的掺合三个环节介绍了心墙料加工技术。砾石土筛分国内不常见，简要介绍了筛分过程中关键设备条筛和振动筛的确定原则，筛条间距及安装角度的确定方法；级配骨料的加工介绍了三种加工方法，直接购买净料掺合、新建砂石系统生产满足级配要求的级配骨料、改造已有砂石系统生产满足级配要求的级配骨料；砾石土掺合介绍了三种掺合方法，平铺立采掺合、强制搅拌连续生产心墙料、带式输送机掺合，掺合质量均能满足设计要求。可结 合现场实际情况，选用合适的心墙料加工方法。作者简介：屈庆余，中国葛洲坝集团技术中心，高级工程师，湖北 宜昌 443002 电话 13997735971
